LAB-ammattikorkeakoulu (LAB) ja Lappeenrannan-Lahden Teknillinen yliopisto (LUT) ovat yhteisvoimin kehittäneet aksiaalisesti laminoidun synkronireluktanssikoneen (ALASynRM) roottorirakennetta, tavoitteenaan tehdä siitä entistä soveltuvampi kaupallisiin sovelluksiin. Tutkimus vastaa tarpeeseen kehittää sähkömoottoreita, jotka toimivat korkealla hyötysuhteella ilman harvinaisia maametalleja tai monimutkaisia roottorirakenteita (Tervola 2023). Roottori on pyörivien sähkökoneiden toinen pääkomponenteista, joka moottorikäytössä luo mekaanista energiaa roottoriin kohdistetun magneettikentän vaikutuksesta.
Kasvanut hyötysuhde ei ainoastaan edusta taloudellista etua, vaan se on myös keskeinen askel kohti ympäristöystävällisempää teknologiaa. Harvinaisista maametalleista riippumaton moottoriteknologia voi merkittävästi vähentää elektroniikkateollisuuden riippuvuutta rajallisista resursseista ja samalla tukea kestävää kehitystä.
Aiemmat tutkimukset ovat keskittyneet tarkastelemaan niin roottorirakenteen sähköteknisiä ominaisuuksia (Abramenko ym. 2020a ja Abramenko ym. 2020b) kuin roottorirakenteen laminaattimateriaalin mekaanista kestävyyttä (Scherman ym. 2022). Yhdistämällä kaksi erilaista metallia toisiinsa voidaan valmistaa laminaattimateriaalia, jolla on roottorin toiminnan kannalta olennaiset sähkömagneettiset ominaisuudet. Viimeaikaisissa julkaisuissa on keskitytty tutkimaan eri metallisten materiaalien soveltuvuutta roottorirakenteisiin ja analysoitu niiden välisiä eroja (Credo ym. 2023). Sähkömoottorin mahdollisimman suuren kokonaisvaltaisen tehokkuuden saavuttamiseksi on tärkeää valita materiaalit, jotka tuottavat optimaalisen suorituskyvyn kaikilla tasoilla. LAB toi oman panoksensa tutkimukseen suorittamalla mittauksia, jotka paljastivat roottorirakenteen käyttäytymisen roottorin lämpötilan kohotessa.
Mielenkiintoinen huomio on, että tähän mennessä ei ole tehty kokeellista tutkimusta roottorirakenteen muodonmuutoksesta lämpötilan muuttuessa. Aikaisemmin epäiltiin, että lämpölaajeneminen voisi saada aikaan epäsymmetrisiä muodonmuutoksia. Suoritettujen kokeiden tulokset kumoavat nämä epäilyt, osoittaen että roottorin muoto säilyy muuttumattomana lämpötilan noustessa. Luonnollisesti lämpölaajeneminen kasvattaa roottorin halkaisijaa mutta kasvu ei tapahdu epäsymmetrisesti, vaan symmetrisesti huolimatta roottorirakenteen muodostavasta materiaaliparista, jonka lämpölaajenemiskertoimet ovat erisuuret.
Tuloksellinen monipaikkainen yhteistyö tutkimuksen ytimessä
Artikkeli ”Materials Applicable to an Axially-Laminated Synchronous Reluctance Machine Considering Mechanical and Electromagnetic Aspects” (Credo ym. 2023) heijastaa monien eri tahojen saumatonta yhteistyötä, sillä tutkimukseen osallistui tutkijoita LABista, LUTista, Oulun yliopistosta ja artikkelin pääkirjoittaja italialaisesta L’Aquilan yliopistosta. Vaikka osallistujat sijaitsevat eri paikkakunnilla ja jopa eri maissa, yhteistyö sujui saumattomasti ja tehokkaasti. Tämä onnistui selkeän tehtävänjaon, vastuiden jakamisen sekä erityisesti työryhmän vahvan yhteishengen ja sitoutumisen ansiosta. Kaikki ymmärsivät tarkkaan, mitä odotuksia heiltä kullekin asetettiin, mikä johti tehokkaaseen ja innostavaan yhteistyöhön.
Kirjoittaja
Eero Scherman työskentelee LAB-ammattikorkeakoulussa konetekniikan lehtorina ja valmistelee omaa väitöskirjaansa LAB-D ohjelman tukemana. Väitöskirja käsittelee ALASynRM koneiden roottorirakennetta.
Lähteet
Abramenko, V., Nerg, J., Petrov, I., & Pyrhönen, J. 2020a. Influence of Magnetic and Nonmagnetic Layers in an Axially Laminated Anisotropic Rotor of a High-Speed Synchronous Reluctance Motor Including Manufacturing Aspects. IEEE Access. Vol. 8, 117377–117389. Viitattu 21.9.2023. Saatavissa https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.3004705
Abramenko, V., Petrov, I., Nerg, J., & Pyrhönen, J. 2020b. Synchronous Reluctance Motors With an Axially Laminated Anisotropic Rotor as an Alternative in High-Speed Applications. IEEE Access. Vol. 8, 29149–29158. Viitattu 21.9.2023. Saatavissa https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.2971685
Credo, A., Kurvinen, E., Petrov, I., Scherman, E., Sopanen, J., & Pyrhönen, J. 2023. Materials Applicable to an Axially-Laminated Synchronous Reluctance Machine Considering Mechanical and Electromagnetic Aspects. IEEE Transactions on Industry Applications. 1–11. Viitattu 21.9.2023. Saatavissa https://doi.org/10.1109/TIA.2023.3309285
Scherman, E., Sikanen, E., Yeddu, H. K., Amraei, M., & Sopanen, J. 2022. Microstructure and Mechanical Properties of Steel and Ni-Based Superalloy Joints for Rotors of High-Speed Electric Motors. Materials, Vol. 15(19), 6906. Viitattu 21.9.2023. Saatavissa https://doi.org/10.3390/ma15196906
Tervola, J. 2023. Diplomi-insinööri keksi, miten sähkömoottorin hyötysuhdetta nostetaan – Vain 0,1% nosto säästäisi energiaa 11,9 TWh globaalisti. Tekniikka&Talous. Viitattu 21.9.2023. Saatavissa rajoitetusti https://www.tekniikkatalous.fi/uutiset/diplomi-insinoori-keksi-miten-sahkomoottorin-hyotysuhdetta-nostetaan-vain-0-1-nosto-saastaisi-energiaa-11-9-twh-globaalisti/5029d22b-aab0-4029-93a7-64e162bbf415
